微特电机的现状及发展趋势_潘稚英

微特电机的现状及发展趋势潘稚英(电世界》杂志社

上海

2 000 02 )

【摘

要】针对微特电机行业目前面临的众多问题借鉴国外微特电机行业的成功发展论述了国。

,

,

内微特电机行业的发展方向【关键词】微特电机

现状ow

发展趋势

微特电机通常是指功率在 7 5、

以下的具

而到

1987

年则增至 5 7%,、

。

0年代以前世界精 8,、

有特殊功用特殊性能及适应特殊工作条件的一类电机。

密微特电机市场几乎被美英法等国几个大公

、

微特电机是从传统电机扩展出来的、

司垄断

。

近年来日本德国的微特电机工业迅,。

一门技术随着电子技术计算机技术和控制技术的迅速发展以及电子产品的广泛应用一方面电子产品已成为微特电机的主要应用领域;,,

,

速发展除部分军用产品仍由美国供给外其产品已跃为世界先进之列,

,

!」由于应少领域技术水平提高加速微特电,

另一方面微特电机的技术要求亦与电子技术

,

机新品开发新品研制周期在一年左右就大量推向市场一些新型结构品种得到迅速发展如。

紧密相联向组件化发展、

,

。

,

现代微特电机是集电机微电机精密机械电子技术计算机技术于一体的高新技术日益显示出机电一体化的趋势、、。

、

、

步进电机在;

1985

年后一直保持 6 0%的年增长,

、

,

率无刷直流电机年增长率也达 5 0%年产量均突破亿台1 2.

日本的

微特电机广泛、。

。

用于工业设备仪器仪表计算机外设办公自

国内微特电机的现状

动化汽车宇航军事设备和家用电器中11.

、

、

、

纵观我国微特电机工业的发展 5 0年代初,

微特电机的现状1

; 7方始涉足 0

年代基本上形成了独立的相当、

、

于国际 6 0年代水平的微特电机工业体系; 8 0年代前主要z卜产分马力类的交直流电动机,、

国夕卜微特电机的现状 0年代以来微特电机市场发生了较大的 8,,,

,

批量小品种单一近十几年来开拓了家用计算机外设办公设备音响装置工业自动化设备等市场虽然家用是主要市场但其他市场也逐步形成,。、

,

、

变化全世界对微特电机的需求剧增很多企业不断更新生产设备扩大企业规模如日本马渊电机株

式会社 1987年产量为,,。

、

、

,

,

一

5

.

8

亿台到3.

,

由于社会对微特电机的需求量不断

1989,

年增至 8亿台美国,

1988。

年产量为,

85

增加极大地促进了我国微特电机行业的迅速发展。

亿台德国 1 9 8 9年为,

1 3.

亿台另外大功率集

成驱动器和微处理机在微特电机驱动和控制中的推广应用扩大了微特电机在精密控制领域中的应用。

我国微特电机行业出口量占全国电机总产量比例不大,

19 9 3

年约,

20

1 5

万美元占整个世

,

据小电机制造商协会统计

,

19 8 2

年,

界贸易额比例更小而且大部分是劳动密集型

5%精密微特电机约占世界小电机贸易额的 4本文

产品

。

目前我国微特电机的总体水平是19 9 4.

:

年 9月 8日收到

1

.

品不中少微特电机19 94

34

年第

6

期

有些产品处于进、

口件组装阶段,

,

如汽车电、、

/年冰箱电机,

50

~ 80

万台/年吸尘器电机,

;动窗升降器有些产品还是空白如片状电机

500,

万台/年电动工具电机,

250

一 3 0 0万台/。

超声波电机汽车门锁驱动电机大功率(s o o w )永磁直流电机等23.

年空调器电机,,

1 5。一 2 0 0

万台/年

。

近十年我国在微特电机产业中无论是整,

比功率 (W/ k g )小重量重寿命短

机或系统上还是在配套能力或原材料上通过技术引进改造缩短了与世界先进技术差距(1 )、

.

,

。

4

.

精度低我国运用。

我国在七五期间基本完成了交流盘式,、。

(1 )

CA D,

技术不多还是以传统,

,

电动机的开发研制现正朝增加品种拓宽应用方向发展如新疆工学院研制的交流盘式异步。

的磁路计算方法为主电磁场设计的优化不深电机效率不高、

无级调速电机在国内外尚未见报导,

( 2 )由于国产轴承含油轴承精度达不到;要求注塑成型的设备及模具也达不到要求造,

(2〕目前丁父国小批量生产的 N d Fe l永磁

体的磁能积已达3 9 0 0 Ik J/.

3 18,

.

4 k J/、 )

nl’。

1990

年经中国计.

成电机噪声大精度低影响了电机性能(3 )

、

,

.

了 f:量科学研究 l流;则定 i l制的批量样况磁能积了

微特电机的关键部件是电枢

,

目前国。

,

’ n、

以土 J’段高的达到,一

4 1 5 5 1 2 k J八,飞’’。、

,

内仍不能提供满足高效生产电枢的

关键设备,

超过迄今公布的 I 1木水平居世界领先地位、

‘

10 2

.

776 k J/

国际先进

近十几年来虽有不少厂已引进了先进的电枢加工全自动生产线从铁心迭压到最终检测都具

,

。

我匡 1的科研 I晓 )J}企业等近几年相继研制生产了一系列新产}{如晰阳建英科学技术研:,

有在线检测自动剔除功能但从九五规划的设想要求看仍需继续投资(4 ),.

、

,

.

究所等研制的为汽车点火系统蓄电池充用,

,

、

、

在换向器接头的焊接中国内主要生,,

电设备作‘!,源而设计的 JQ F型汽车稀土永磁一 1〔发 I包机;天丫 1贮犷车 i亏 1水器 J研制生产的在国内

产厂家大多采用传统的软钎生产工艺不能满足焊接质量要求国内尚缺少高效硬钎或熔焊设备。

居领先地位的

X l 2 1) l一 3 1’

1永磁式舌 1水器电机

;

成都电机厂研{}1生产的,

巾3 6

隐极永磁步进电机,

(5 )

电刷质量目前国内仍不能保证,

。

获得了德国西门子公司的质量认可性能优 J西门子_

二

二

(6 )

国外总装配都是在自动或半自动流水,,

80几

年代【 J类产品; l,

1990

年上海钟表元

线上完成配有各种工装夹具及检测仪器国内除个别引进设备厂家外大多仍采用简易配套设备及测试仪器,.

件厂和 1海手表厂合作研究开发了电子手表月J锹铁硼水磁步进‘

: 1

1动机解决了锁铁硼磁钢防」

,

支术氧化诱 t !{的关键士(3 ),。

。

我国微特电机产品主要是经济型和专用型两大类约占 8 0%以上,、

哈尔浓上业大学研制的力矩一伺服双.一

附加值较高的精密型、

态无刷{L机系统城补(4 ) 5 7 B Y (;,

J

‘

」 I l少] F空白主要应用在,。

微特电机如无刷直流电动机步进电机交流

、

惯量测试 i泛备和 ( j直 i泛备:},J

伺服电动机录象机电机等均有一定批量生产,,

,

,几庆再川儿: l控制技术研究所研制成’。

但产品和品种均很少约占 1 0%影响到整个

J犷系列玲昆合式 l〔线当量电机

该‘{气机采,。

行业的效益,

.

1993

年我国微特电机总产量近,

2

用机中、

』

体化 i抓卜该产}占已中请国家专不 J是 l’,

‘

3 W以下 )约占 1 3/亿台其中超小型电机 (

家

液压气动和特 f中加工的理想执行机构(5 )

电用的单相交流

电动机约占 3产品仅占 1/。

1/ 3

,

剩下的各类。、

}习内在片状微电机的研究方向仍处于。

,

0~ 4总产值约 3 0亿元全行业共,

起步阶段

! 1前有翔、舶总公司 7 0_

7

研究所等为。

引进 5 9个项目投资近

10

卜汇亿人民币夕,

1

.

2

f这方而的研究开发工作数不多的单位从 I,,

亿美元通过引进先进技术形成了近规模化生产。

l

亿台的万台

随谷我国经济运行机击 J的转变以市场为 l导向成为科研企业单位新产品开发的目标但

如录音机电机

1 500

~

2 00 0

、

,

微特电机的现状及发展趋势一播稚英

35

.

由于缺乏很好的宏观指导和信息交流往往出

,

用于半导体制造装置上的薄形同步式交流直线电动机采用帽式绕组方式厚度为 2 0 m m (含,,

现一窝蜂现象企业间相互撞车重复开发造成很大浪费22.

,

、

,

。

移动子 )小型化,,

。

为适应装有,

3

.

5

寸软盘驱动、

微特电机的发展趋势1

(F D D )的携带式个人计算机等薄形化小型化

的要求开发了 1 5 m m厚对应的,

3

.

5

寸

FD D

用

国外微特电机的发展趋势(1 )

D D

电动机O A、

。

无刷化

随着

机器的小型高速化要求伺服电,

,

无刷电机经过 2 0。

多年的开发研制已进入1989

动机更小型高性能化安川公司采用稀土磁铁开发了低惯量电动机,

商品化生产目前国外直流电机采用无刷形式,

FS

系列

。

特点有¹。

:

:占较大比例据统计日本,

年无刷直流电

高转矩(53% );

、

;高功率比 ( 10 5% )º小型轻量

动机年产超过

1 6.

亿台而美国无刷直流电动。

,

»追求小型化生产率的结构,

日本佳

1%速度递增机需要量每年以 6,

可编程变速电

能精密机器株式会社开发的、

FN一 3 8

系列高

动机是一种无刷永磁装置由美国通用电气公司研制成功的ECM

效高能电动机不仅转矩高而且能实现低噪声运转适用干打印机计算机终端医疗器械等速0.

,

可编程变速电动机具有极。

,

、

,

高的效率和程控能力

4型无刷直流电动机是i

。

电机规格为转矩n飞:飞;

:

0

.

0 2连5一 0.

.

0哇 41 N m.

;

转

美国

E

a ste rn

A i: D

e。 ee s,

公司研制的新产品,

。

4 40 0一 6魂 OO r/

i

电流

0 8 1~ l 7 A

;

重量

它采用了电子驱动电路取代一般

的电刷式直流电动机双线电源输人能简化产品组装同时把外接电线降到最低限度(2 )、、,。。

2~,

0

.

3k g

。

1本住友重型精密机械公司研制,

的 C系列电动机能在同一尺寸下具有多个转

矩值可选择各种形状和不同的减速比由于采用了塑料齿轮故噪声低太阳能材料公司开发的超高真空用步进电动机可达到高转矩的输,,。

。

微薄轻化高性能化为了满尼电子产品日益微型化的要求众,

多的制造商不断推出微轻薄高性能的产品微轻化产品如0.

、

、

、

。

出和理想的无级调速能在超高真空度下连续运转美国t,。

,

l又 l犷“P。

以下的

、

:

日本东芝公司推出外径仅、

sm m,

、

轴长

1 Zm m.

重量仅

4m g

的微型电动,

A

s

t、

: o:飞、 e c

公司研制:、飞。

23“5.

规格直流无.

机虽是一台样机但将成为微型电机的一代新驱这种电机可在工业管道施工中甚至穿行于人们的血管内畅通无阻25 m m、。

,

刷匕动机夕 I径峰值转矩达9 6k ra

x

轴向长度为.

7 c m x吐连e 35 0 0r

,飞飞,

0

.

5 3 3N

转速为1%。

八n

i:1 1 1寸,

,

。

该电机最大效率达 7 0llm m,

转矩/惯量比超过,

新生工业公司开发了直径动的超小型超声波电动机。

长度

d/ s,

。

7 1

“

规格无刷直流电动机峰值转矩。

的将压电陶瓷纵向振动变换成旋转运

可达

。 23 8 N

了:、

德国核研究中心微,,

(3){儿 I匕一沐化

结构技术研究院应用微机械制造技术推出一种新型步进电动机样品0.

机电一体化是指借助近代微电子和计算机技术成就将微特电机变速器传感器及控制器构成一沐形成新一代电动伺服系统亦称电子电动机或称机电一体化系统如日本伺服公,。

其转子直径不到

,

、

、

sm m

。

,据称此技术为开发基于微系统的驱动,

,

,

技术迈出了新的一步同时也是将微型机器人应用于医疗电子和其它领域的一个新的里程

司开发的微型磁记录驱动器将电机线圈传感,

、

碑

。

该步进电动机应用了2。。“m,

X

射线平版印刷术。

,

器与控制线路全印在一块印刷板上实现高度一休化。

,

电沉积及微型模压等技术加工而成

其中一种

美l E,

一

公司开发的高精度导航系统中,

产品转子半径

为1 1 6拼m。

厚

1。即 m

,

转轴半径为

的数字伺服系统将多极旋变和 A/ D或,

D

/A

模块结合使系统精度提高一个数量级体积缩小一个机座号。

:薄型化新品有日本安川公司开发了一种

英国

S e ib e

roo

公司近年来开发9 194

36

微特电机

年第

6

期

的

“

S en

so r

i m,

o to r

”

,;电机和传感电机将无刷 j}、‘L

已发展到 1 6一3 2位芯片单片机

。

目前国外在开

器融为一体能同时产生力矩速度和位置数

、

I发一种称为专用单片机 (A S。

C)

,

具有更灵活控,,

据它的性能类似于无刷直流伺服电机是一种

。

,

制和工作可靠的特点智能化的发展改变了微

闭环位置控制装置能实现全比例积分微分(PID )控制位置控制驱动级由微控制器操纵,。

,

特电机作为元件使用的传统概念确立了微特电机作为一个小系统的设计生产和使用的新、

(4 )

直接驱动和直线驱动化,。

概念标志着微特电机发展已进人一个新阶段,

,

。

现代伺服技术中最新成果是直接驱动电动机和直线电动机是技术的关键(5 )永磁化

如在安川公司作为机床智能化的工具 A C G C(A e lv a n,

近期的技术。

c e

d C o lo

r

G

ra

p h iC s C o m p

u

te

r

)的装置

将是实现机电一体化和应用技术的完善、、

方案在数年前就得到了广泛应用现在与车床YA sN A

。

i系列的相结合开发了更强的智能 C,

随着微特电机向微薄轻化无刷化和电子化的发展永磁材料在微特电机中普遍应用是必然趋势。

、

化机能的,,

A CG C 13 0

。

A C G C具有机床制造者之、

,

称备有编制程序方法加工编排方法等丰富的专门技能在机床操作自身的组成中有如同使用 BAS I C语言那样容易使用的 A C G C语言,,,、。

如新西兰

E CS

4极公司制造的 6,。

,

锹铁硼永磁无刷电机用作洗衣机主轴驱动大大提高自动化程度和控制性能日本精工艾普、

总之全世界对微特电机需求的剧增促进了微特电机产量的持续增长新技术新品种日

生公司 ( S

E C )推

出一种采用锹铁硼注塑成型的、

各向同性磁体的微型步进电动机用作照相机视听设备,。

新月异2.

。

由于微特电机产业的的发展和其在国,。

日本住友公司用锹铁硼制

造音圈电。

民经济中的地位越来越引起各国的重视2 1

机用于计算机外存贮装置磁盘中美国司目前年产404 00,,

G

M公,

我国微特电机发展趋势.

万辆豪华轿车每辆汽车用1 6.

调整产品结构形成规模经济提高市,

,

,

多台电机每年总需钱铁硼电机,

亿台

场竞争能力(1 )调整产品结构

0亿美元以上其产值在 3、

19 86,

年已生产用快。

大力开发永磁类微特,

淬锹铁硼 M Q粉粘结磁体生产的汽车起动电/机体积重量比原电机均减少 1 2,、

电机与组件已是当前发展趋势永磁励磁取代电励磁已成定局。

目前美国日本等国大量研制和生产钱铁

(2 )对量大面广的产品进行调整形成经,

硼电机主要是用在计算机外围设备即磁盘驱动器音圈电机 (V C M )磁盘主轴电机步进电,、

,

济批量的规模生产降低成本提高效益,

,

,

。

3 )形成明显的支柱产业和支柱企业 (

。

九

机打印打字电机直流电机无刷直流电机直线电机以及豪华型汽车电机等、、。

、

、

、

、

五期间年递增速度控制在 1 5%~ 2 0%年产量达3

这些电机具有。

亿台其中精密电机占 1 3/,

。

小体积轻结构高性能如 V C M电机采用钱,

(4 )

微特电机的生产技术是项系统工程,

,

铁硼可使磁盘小型化和高密度化V CM

1 988

年日本

不仅是电机本身技术还涉及配套器件所以必,

产量为 5 8 4台3 600 5300

。

在北美钱铁硼的音圈电,

,

须建立专业化零配件 (磁钢轴承换向器电、、、

机销售额达小于

美元。

1994

年预计销售额不

刷专用集成块等 )基地、

。

万美元.

198 7

年美国钱铁硼永磁小。

(5 )

提高质量参与国际竞争,,

,

。

型电机产值近 2 3(6 )

5

亿美元

(6 ),

加强基础技术研究加快产品升级换。

智能化,

代增加精密电机的产量参与国际竞争2.

微特电机智能化是指在其控制单元中采用可编程序控制器实现电机速度和位置自适应调整控制。

提高科研生产水平对市场的适应能力。

、

和市场的应变能力(1 )、、

0年代初单片机首先在步进电机 8,,,

运用 CA D CA、

PP、

、

模块设计成组设、 .

、

逻辑控制中应用现已推广到各类电机中目前微特电机的现状及发展趋势一潘稚英

计优化设

计三次设计价值工程可靠性设计37

和实验室设计等新方法以提高企业产品的设计开发能力使产品多品种上水平勤换代,,、

,

国际的投资热点开始转到我国兴办了很

,

、

、

,

多独资或合资企业带来了世界先进技术和管理经脸大中型国营企业通过技术引进生产手。

,

从而提高产品在国内外市场的竟争力增强企业应变能力(2 )、。

,

段有很大改进为迸一步发展创造条件、、

,

。

跟踪国外微电机向永磁化无刷化智、、

乡镇企业与私营企业大量兴建参与市场,

能化高性能和轻薄短小化机电一沐化组合

竟争起到洽遗补缺作用促进行业的发展、

,

,

。

化等技术的发展趋势不断开发新产品(3 )、

,

。

!l刁际国内的有利形势正是我国微特电机,。

开辟新资源新渠道使用新兴材料,、

,

产业难得的机遇发展优势勇于创新走出一,

,

,

4 )武装新设备生产技术向高精度高效 (

J条具右 I国特色在世界微特电机产业占有一,,

率发展测试技术向高效自动化发展通过消化吸收建立专用测试仪器生产点3,。

,

。

定地卜}自{寺续快速发展的中国微特电机工业)、、

的逍沱

J

结

语一

参J 3。多年‘

考:

文

献、.

我国微特电机经历、

发展形成科,

,

1

袁海林陈忠l微特电妇,

,

.

微特电机及组件的现状发展趋势和建议,

l

”l

( l)

39

.

砂f生产经营和人材培养等较完整体系取得、

2

陈继生

.

国外侧微机电系统研究现状及其应用前景展望,

.

了车交大成就但是它与 9 0,,

年代国外微特电机,

微特电机3 4

l” 4

,

( 2 ): 35.

技术沿着 11寸序趋势得到突飞猛迸的发展相比还有较大差距。

J彗苏亚19, 2

.

片状微电机的发展概况、

19 9 3

,

: (4 ) 3 4、

.

当前国内外环境给我国微特电。

年

19, 3.

年

、

10 9 4

“上半年《微特电机》《微电机》中国

机的发展创造了极好的机会(土接第 2 7T,

外动态专栏

”

页 )是系统中大功率品体管 (G,

T I灼z。

曲线内日l J间连续工作,速限制线曲线。

。

曲线

。

为电机最高转,。

和

T

:

的开关频率这一频率约为,,,

1

.

k s

H

d

为电机最大转矩限制最大转_

值得一提的是由于主回路采用了双极性T 1,

矩主要受永磁材料的

去磁特性所限制,。,

型电路故在电机停止时加在其电枢两端的 W M脉冲电压的占空比为,

仁~

一生

_

50

%也就是电机,,。

在停止时实际上是处于高频的抖动状态这对

克服干摩擦提高跟踪的快速性是有好处的,

3

步进化直流伺服系统负载驱动能力步进化直流伺服系统采用Fl一

又 j生续 l作 J一

() 5 ()尹 2

)0 0 l〔

八

tl一 1且 -

5 1

型直流

图

3

1

‘

”型直流同服电机的负伐驱动能力,

伺服电机 F B。

一

巧型直流伺服电机的负载驱动

从图,

3

中可以石出

FB

一

15

型直流伺服电机在N

能力可以从图图3

3

看出、

。

0长期运行状态下转矩可达 2五条曲线组成了电机的,

m

。

在断续工。

中

a

、

b。

e

、

d

、

e

作时转矩最大可达动能

15 0 N

m

。

这样的负载驱

三个工作区域

在规定的连续工作区内转矩和,

力是一

般步进电机根本无法比拟的

转速的任何组合都可长时间连续工作而在断续工作区电机允许周期性工作即工作一段时间停歇一段时间加减速区的意思是指电机在,,

参1

考

又

献.

裴仁清华卫平,

.

机床的微机控制技术

上海科技文献出

该区域中仅供加减速期间工作{线 l已a,,

。

版社2

,

1” ( ).

J线上电打主 L为电机温度限 f朽 J在此 It l

刘宗富等

运动控{]中的新一代电机 j l199乙

.

杭州第六届全国

:

达到绝缘所允许的极限值故只允许电机在此

电气白动化年会论文集

38

微特电机

19 94

年第

6

期

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0a01.html